CN105429557A - 一种基于无刷双馈电动机的变频调速系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无刷双馈电动机的变频调速系统，解决了无刷双馈电动机启动存在困难并且难以既保证无刷双馈电机的调速范围的难题。包括电网（7）、无刷双馈电机（1）和变频器（4），电网（7）直接与无刷双馈电机（1）的功率绕组（2）连接在一起，双投开关（5）的动端与无刷双馈电机（1）的控制绕组（3）连接，双投开关（5）的第一不动端通过变频器（4）与电网（7）连接在一起，三个电阻连接成星形连接方式，组成两组启动电阻（6），星形连接的三个电阻的出线端分别通过双投开关（5）的第二不动端与控制绕组（3）的三相绕组的抽头连接。节省了变频器的容量，降低了整个系统的成本。

Description

一种基于无刷双馈电动机的变频调速系统

技术领域

本发明涉及一种变频调速系统，特别涉及一种基于无刷双馈电机的变频调速系统。

背景技术

目前在大功率风机和水泵领域应用中，传统的办法是将电机直接连接电网运行，但是这样的缺点是电机基本运行在固定的转速条件下，在负载要求较低的情况下损耗较大，所以目前处于节能考虑，越来越多的大功率风机和水泵应用开始采用变频调速系统。

在多种变频调速系统中，使用的电机调速系统主要有笼型转子异步电机、绕线式异步电机和永磁电机，这三种电机组成的变频调速系统各有优势，也各有缺点，笼型转子异步电机需要采用全功率的变频器，在大功率应用场合增加了系统的成本，绕线式异步电机，也称为有刷双馈电机，可以采用部分功率的变频器，有效地控制了成本，但是由于这种电机必须采用滑环碳刷的结构，因此降低了电机运行的可靠性，增加了维护难度和维护成本，永磁电机没有滑环和碳刷结构，体积小，电机本身成本高，并且必须采用全功率的变频器，导致整个系统的成本居高不下，在实际调速场合应用较少，现有技术的无刷双馈电机的变频调速系统一般应用于无刷双馈发电机，对于无刷双馈电动机由于启动存在困难并且难以既保证无刷双馈电机的调速范围，同时又保证合理降低变频器的容量，在实际应用中还未见采用变频器进行调速的实例。

发明内容

本发明提供了一种基于无刷双馈电动机的变频调速系统，解决了无刷双馈电动机启动存在困难并且难以既保证无刷双馈电机的调速范围，同时又保证合理降低变频器的容量的技术难题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

本发明的总体构思是：无刷双馈电机有两组定子绕组，分别是功率绕组和控制绕组，将功率绕组与固定频率和幅值的电网直接连接，将控制绕组连接一个部分功率变频器，两个定子绕组之间没有任何直接的电磁连接，而是分别和转子绕组连接在一起，降低了变频器的设计容量。为了降低成本，变频器的容量是部分功率变频器，即变频器的容量小于电机的容量，具体的容量和运行转速范围有关，作为调速系统，必须考虑到启动问题，所以零转速也是运行的转速范围，为了保证无刷双馈电机的调速范围，同时又保证合理降低变频器的容量，在控制绕组侧加入一个三相双头开关，一头连接变频器，一头连接三相启动电阻，当无刷双馈电机在小于功率绕组的同步转速情况下运行时，双头开关切向三相启动电阻侧，变频器不工作，控制绕组连接电阻；当无刷双馈电机在接近或者达到功率绕组的同步转速情况下运行时，双头开关切向变频器侧，变频器开始工作，进行正常调速工作。

一种基于无刷双馈电动机的变频调速系统，包括电网、无刷双馈电机和变频器，电网直接与无刷双馈电机的功率绕组连接在一起，双投开关的动端与无刷双馈电机的控制绕组连接在一起，双投开关的第一个不动端通过变频器与电网连接，三个电阻连接成星形连接方式，组成两组启动电阻，星形连接的三个电阻的出线端分别通过双投开关的第二个不动端与控制绕组三相绕组的抽头连接在一起。

在星形连接的三个电阻的每个电阻上均并联有一个阻值不同的另一个电阻，在每组并联的两个电阻的出线端与双投开关之间设置有切换开关。

本发明的优点和效果如下，在低转速区域时，采用三相启动电阻来启动电机，这样可以限制无刷双馈电机的启动电流从而降低对电网的冲击，并且提高启动转矩，在高转速区域时，将无刷双馈电机连接变频器，这样可以实现对于无刷双馈电机的调速，实现调速节能运行，由于实际应用中变频运行的范围较小，因此该方案节省了变频器的容量，降低了整个系统的成本，电机采用了无刷双馈电机结构，因此没有滑环和碳刷，所以维护成本更低，可靠性高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的启动电阻6的结构示意图；

图3是变频器4的结构示意图；

图4是启动电阻6在不同电阻值下启动时的启动转矩曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

一种基于无刷双馈电动机的变频调速系统，包括电网7、无刷双馈电机1和变频器4，电网7直接与无刷双馈电机1的功率绕组2连接在一起，双投开关5的动端与无刷双馈电机1的控制绕组3连接在一起，双投开关5的第一个不动端通过变频器4与电网7连接，三个电阻连接成星形连接方式，组成两组启动电阻6，星形连接的三个电阻的出线端分别通过双投开关5的第二个不动端与控制绕组3三相绕组的抽头连接在一起。

在星形连接的三个电阻的每个电阻9上均并联有一个阻值不同的另一个电阻10，在每组并联的两个电阻的出线端与双投开关5之间设置有切换开关8。

无刷双馈电机1的功率绕组2连接电网7，控制绕组3连接一个双投开关5，双投开关5连接变频器4和启动电阻6，在低转速区域时，双投开关5打向启动电阻6，即无刷双馈电机1的控制绕组3和启动电阻6连接，此时无刷双馈电机1工作在异步模式下，主要是完成起动过程；在高转速区域时，双投开关5打向变频器4，即无刷双馈电机1的控制绕组3和变频器4连接，此时无刷双馈电机1工作在同步模式下，可以调整变频器4的输出频率对无刷双馈电机1进行正常的调速，变频器4的输入侧和电网7连接。

只有在高转速区域且双投开关5打向变频器4时，变频器4才会输出，变频器4的基本功率模块12由一个IGBT和二极管组成，分为网侧变频器模块和机侧变频器模块。网侧变频器模块由6个功率模块12组成，交流侧通过一个三相电抗器11和电网7连接，输出连接由直流电容13组成的直流母线，通过合理地给网侧变频器模块发送开关脉冲，可以交流侧和电网同步，进行合理的有功功率和无功功率的交换，机侧变频器模块也由6个功率模块12组成，直流侧输入连接由直流电容13组成的直流母线，交流侧连接双投开关5，通过合理地给机侧变频器模块发送开关脉冲，可以控制交流输出的频率，在高转速区域时可以控制无刷双馈电机1的转速，从而实现调速的目的。

无论切入启动电阻6的任何状态，无刷双馈电机1都工作在异步模式下，采用不同的电阻连接无刷双馈电机1的控制绕组3或者短路控制绕组3的效果可以参见附图4。当转速特别低时，可以切入较大的电阻，这样把无刷双馈电机1在异步模式下的最大转矩移入在特别低的转速范围中；当转速略微提高之后，可以切入较小的电阻，这样可以把无刷双馈电机1在异步模式下的最大转矩出现的转速点右移；当转速继续提高，可以将无刷双馈电机的控制绕组3直接短接，此时最大转矩点继续右移，接近同步转速点，这样分档启动的好处是可以保证在任何转速条件下时，都可以给无刷双馈电机1提供较大的转矩输出，保证风机和水泵负载的顺利起动，一旦起动完成，即转速到达接近同步转速的区域时，双投开关5切换到变频器4输出，无刷双馈电机1工作在同步模式下，可以正常调速。

Claims (2)

1.一种基于无刷双馈电动机的变频调速系统，包括电网（7）、无刷双馈电机（1）和变频器（4），其特征在于，电网（7）直接与无刷双馈电机（1）的功率绕组（2）连接在一起，双投开关（5）的动端与无刷双馈电机（1）的控制绕组（3）连接在一起，双投开关（5）的第一不动端通过变频器（4）与电网（7）连接在一起，三个电阻连接成星形连接方式，组成两组启动电阻（6），星形连接的三个电阻的出线端分别通过双投开关（5）的第二不动端与控制绕组（3）的三相绕组的抽头连接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种基于无刷双馈电动机的变频调速系统，其特征在于，在星形连接的三个电阻的每个电阻（9）上均并联有一个阻值不同的另一个电阻（10），在每组并联的两个电阻的出线端与双投开关（5）之间设置有切换开关（8）。